JP2018162919A - 助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、このような鉄系スクラップの溶解速度の不均一性を解消し、炉内全体の鉄系スクラップをバランス良く溶解させるべく、コールドスポットの位置に助燃バーナーを設置し、この助燃バーナーでコールドスポットに位置する鉄系スクラップの予熱、切断、溶解を行う方法が採られるようになってきた。
また、特許文献3には、中心部の燃料噴出管と、その外周部に配置した酸素ガス噴出管とを備える電気炉用助燃バーナーであって、その吐出流速が40m/s以上であり、かつ下記(i)式を満たす助燃バーナーが提案されている。
L/D≧−0.033×V+3.341 …(i)
但し L:酸素ガス噴出管の引き込み代(mm)
D:バーナー先端部の内径(mm)
V:バーナーの吐出流速(m/s)
また、ノズル先端にスプラッシュなどの炉内溶融物が付着しないようにするために、特許文献3の助燃バーナーのように吐出ガス流速を高める対策が考えられるが、固体燃料を使用する助燃バーナーの場合、単純に吐出ガス流速が高くなるような設計、例えばラバールノズル構造のような設計にすると、吐出流速が速いために固体燃料が十分に昇温されず、失火してしまうおそれがあり、また、ラバールノズル構造にすることで、固体燃料の搬送流路が狭くなり、詰まりが生じるおそれもある。
[1]気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための噴射管を有する助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であって、電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時に、前記複数の噴射管のうちの少なくとも一部の噴射管からパージガスを噴射することにより、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるようにしたことを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
[2]上記[1]の操業方法において、少なくとも固体燃料の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
[3]上記[1]の操業方法において、全部の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
[6]上記[1]〜[5]のいずれかの操業方法において、助燃バーナーは、中心側から順に、固体燃料の噴射管、気体燃料の噴射管、支燃性ガスの噴射管が同芯状に配された構造を有することを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかの操業方法を実施しつつ、電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得ることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
図1は、本発明で使用する助燃バーナーの一実施形態を模式的に示す縦断面図であり、この助燃バーナーは、気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための同芯状に配された複数の噴射管を有している。
また、図示しないが、支燃性ガス噴射管3の外側には、さらに内側管体と外側管体が同芯状に配され、それら外側管体と内側管体との間と、内側管体と支燃性ガス噴射管3との間に、相互に連通した冷却流体用流路(冷却流体の往路及び復路)を形成している。
なお、通常、3重管構造の各噴射管間にはスペーサ(図示せず)が配置され、各噴射管間の間隔が保持される。
パージガスの種類は特に制限はなく、ユーティリティの関係や酸欠防止対策などを考慮してガスの種類を適宜選定すればよいが、通常は窒素又は空気が用いられる。
また、パージガスはバーナーを構成する任意の噴射管から噴射することができるが、固体燃料噴射管1はノズル閉塞が特に生じやすく、また、そのノズル閉塞は操業トラブルになりやすいことから、少なくとも固体燃料噴射管1からパージガスを噴射することが好ましく、さらに、全部の噴射管(固体燃料噴射管1、気体燃料噴射管2及び支燃性ガス噴射管3)からパージガスを噴射することがより好ましい。
ここで、吐出ガス流速vgと適正吐出ガス流速vthは、ノズル先端(吐出口)での流速であり、吐出ガス流速vgは実操業中にパージした吐出ガス流量とノズル先端の断面積を除して計算される。
本発明では、上述したような助燃バーナーを用いるとともに、バーナー使用停止時間帯にパージガスの噴射を行うことで、微粉炭などの固体燃料を用いて鉄系スクラップを効率よく加熱または溶解することができ、しかも助燃バーナーのノズル閉塞やノズル先端の溶損が軽減され、バーナーのメンテナンス性が良くなり、保全の効率化を図ることができる。
助燃バーナーの燃料にはLNG(気体燃料)と微粉炭(固体燃料)を用い、支燃性ガスには酸素を用い、中心の固体燃料噴射管から窒素を搬送気体として微粉炭を噴射するとともに、その外側の気体燃料噴射管からLNGを、その外側(最外周)の支燃性ガス噴射管から酸素を、それぞれ噴射した。この助燃バーナーの出力及び使用条件を表1に示す。微粉炭とLNGのエネルギー比率は、微粉炭:LNG=90:10とした。また、微粉炭としては、表2に示す成分、低位発熱量、粒度のMDTを用いた。
この実施例のスラグ原単位は120kg/ton溶鉄であり、この条件での適正吐出ガス流速vthは(2)式より85.2m/sと算出される。この適正吐出ガス流速vthに対して吐出ガス流速vgを変えることで、種々の吐出ガス流速比Vrでパージガス(窒素)の噴射を行った。電気炉の操業は1日あたり9〜11ch実施され、その日の操業が終わり次第、助燃バーナーを電気炉の炉体から取り出し、ノズル先端の状態を確認した。本実施例における助燃バーナーのメンテナンス性、操業性、コストを評価した結果を、パージガスの吐出ガス流速比Vrとともに表3に示す。
コストの評価は、コスト指数により行った。コスト指数とは、パージガスの噴射を行うことで生じるコストを、助燃バーナーを導入時の経済的メリットで除した指数であり、この指数が低いほど経済的メリットを享受できることを意味している。以下にコスト指数の計算方法を示す。
以上より、例えば、Vrが1.0のときのパージコストを微粉炭+LNGバーナーによる経済的メリットで除すとコスト指数は0.30となる。
特にVr=0.8である発明例3、Vr=1.0である発明例4、Vr=1.2である発明例5は、いずれもメンテナンス性、操業性が全て“〇”の評価であり、コスト指数も低い。
また、Vr=3.0である発明例9は、ノズル閉塞がなく操業性に問題はないが、パージガス流量がさらに多くなり、パージガスの噴射に要するコストがさらに高くなるため、助燃バーナーによる経済メリットが他の発明例に較べて小さい。
2 気体燃料噴射管
3 支燃性ガス噴射管
7 炉体
8 電極
9 助燃バーナー
x 鉄系スクラップ
10 固体燃料流路
11 固体燃料吐出口
12 固体燃料供給口
20 気体燃料流路
21 気体燃料吐出口
22 気体燃料供給口
30 支燃性ガス流路
31 支燃性ガス吐出口
32 支燃性ガス供給口
Claims (7)
- 気体燃料と固体燃料と支燃性ガスをそれぞれ噴射するための噴射管を有する助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法であって、
電気炉の操業中における助燃バーナーの使用停止時に、前記複数の噴射管のうちの少なくとも一部の噴射管からパージガスを噴射することにより、バーナー先端部近傍の炉内溶融物をガスパージし、バーナー先端部への炉内溶融物の付着を抑えるようにしたことを特徴とする助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。 - 少なくとも固体燃料の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする請求項1に記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
- 全部の噴射管からパージガスを噴射することを特徴とする請求項1に記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
- 吐出ガス流速比Vrが0.8〜1.2を満足する吐出ガス流速でパージガスを噴射することを特徴とする請求項4に記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
- 助燃バーナーは、中心側から順に、固体燃料の噴射管、気体燃料の噴射管、支燃性ガスの噴射管が同芯状に配された構造を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の助燃バーナーを備えた電気炉の操業方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の操業方法を実施しつつ、電気炉において鉄系スクラップを溶解し、溶鉄を得ることを特徴とする電気炉による溶鉄の製造方法。
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